江蘇海岸小廟洪牡蠣礁演化模型

江蘇海岸小廟洪牡蠣礁演化模型

作為一種生物礁，有一個(gè)原始的牡蠣地殼，它可以抵抗風(fēng)浪，從地形上突出碳?xì)浠衔铮╢agestam，1987）?，F(xiàn)生牡蠣礁出現(xiàn)在河口區(qū)或有淡水注入的海灣、瀉湖,從亞熱帶到溫帶都有分布。牡蠣礁是生物多樣性豐富的海岸帶生境(Luckenbachetal,2005;Parrasetal,2006),能促進(jìn)物質(zhì)和能量循環(huán)(Dameetal,1984;Dameetal,1993),凈化水體(Jacksonetal,2001),穩(wěn)定海岸線(Piazzaetal,2005)。近年來(lái),美國(guó)等國(guó)開(kāi)展了牡蠣礁恢復(fù)研究,基于實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),從生物學(xué)和生態(tài)學(xué)的角度探討水溫、鹽度、濁度、葉綠素a濃度、溶解氧、潮差、流速、基底高程等條件對(duì)牡蠣個(gè)體生長(zhǎng)、種群數(shù)量變化的影響(Lenihanetal,1998;Bartoletal,1999;Lenihanetal,1999;Gangneryetal,2003;Soletchniketal,2007)。水動(dòng)力和牡蠣種群動(dòng)態(tài)聯(lián)合模型常用于定量研究水動(dòng)力條件對(duì)牡蠣種群時(shí)空分布的影響(Dekshenieksetal,2000;Livingstonetal,2000;Klincketal,2002)。水深、潮差、鹽度、泥沙沉積速率和浮游藻類(lèi)數(shù)量等對(duì)牡蠣礁生物群落的多樣性、豐度以及補(bǔ)充量的影響也是近期研究的重點(diǎn)(Hulathduwaetal,2006;Thomsenetal,2006;Thomsenetal,2007)。此外,對(duì)牡蠣殼體在牡蠣礁表面的保存率也進(jìn)行了研究(Powelletal2006)。關(guān)于牡蠣礁生長(zhǎng)過(guò)程和物理結(jié)構(gòu)的定量模型DeAlteris(1988)針對(duì)美國(guó)弗吉尼亞州James河口牡蠣礁曾經(jīng)做過(guò)初步的工作,但該模型只是半定量的,并且將牡蠣礁生長(zhǎng)速率看作是固定不變的。古牡蠣礁的分布非常廣泛,從印度尼西亞到挪威的北極圈都有發(fā)現(xiàn),見(jiàn)于中侏羅紀(jì)以來(lái)各個(gè)地質(zhì)時(shí)期的淺海、海灣和河口地層中(Puckett,1994Parrasetal,2006;Pufahletal,2006)。內(nèi)陸架區(qū)域還有一些由于海平面上升而淹沒(méi)的全新世古牡蠣礁(Goodbredetal,1998;Wrightetal,2005),地質(zhì)學(xué)家往往將古牡蠣礁作為相對(duì)海平面變化(Beamanetal1994;Chamyaletal,2003;Bruggemann,2004)和海岸線變遷(Goodbredetal,1998;Wrightetal,2005)的指示物。然而要正確解譯牡蠣礁所含的古環(huán)境信息,必須首先回答牡蠣礁沉積層序的建造過(guò)程、沉積建造中區(qū)域性和局地性因素的作用、牡蠣礁所含的海平面和岸線位置的信息等重要問(wèn)題?，F(xiàn)有的碳酸鹽沉積層序模型,如SEDPAK(Strobeletal,1989)、SedTec2000(Boylanetal,2002)、Carbonate3D(Warrlichetal,2002)等,都屬于幾何模型,其核心是碳酸鹽巖生長(zhǎng)率函數(shù)(Bosscheretal,1992),模擬中的參數(shù)設(shè)置來(lái)自對(duì)地質(zhì)記錄的分析和總結(jié)(Paola,2000)。已有的生物礁沉積層序模擬主要以珊瑚礁為研究對(duì)象,關(guān)于牡蠣礁的模擬研究還很少。由于珊瑚和牡蠣的生態(tài)習(xí)性極為不同,因此其沉積環(huán)境差別顯著,珊瑚礁生長(zhǎng)率函數(shù)對(duì)牡蠣礁并不完全適用,需要針對(duì)牡蠣礁發(fā)育特征進(jìn)行修改。本項(xiàng)研究擬以江蘇南部海岸現(xiàn)生牡蠣礁為研究對(duì)象,構(gòu)建牡蠣礁從建造到被埋藏的演化過(guò)程及其與地貌-沉積環(huán)境關(guān)系的幾何模型。1江蘇省南海岸天然雜交礁1.1小廟洪牡蠣礁故礁小廟洪牡蠣礁位于江蘇省海門(mén)市呂泗港西北約18km的潮間帶下部(圖1),礁區(qū)面積約3.6km2(張忍順,2004;張忍順等,2007)。牡蠣礁南側(cè)為潮灘,牡蠣礁北側(cè)緊逼小廟洪潮汐水道。據(jù)張忍順等(2007)數(shù)據(jù)的計(jì)算,牡蠣礁頂部的平均高程約為-0.8m[以當(dāng)?shù)仄骄Ｃ婕?985黃海高程0.2m(趙明才等,2006)作為高程零點(diǎn)]。牡蠣礁頂部一般高于周?chē)鸀┟?.0—1.5m,故牡蠣礁所在潮灘的灘面高程約為-2m。從暴露的礁剖面看,礁體堆積是連續(xù)的,未見(jiàn)間斷面或碎屑沉積物夾層。造礁牡蠣有明顯的沉積分層:最下部為長(zhǎng)牡蠣(Crassostreagigas),向上漸變?yōu)橐越迪?CrassostreaariakensisGould)為主,表層為活體褶牡蠣(Ostreacucullata)。小廟洪牡蠣礁體的平面形態(tài)具有分帶性,在離岸方向上依次為稀疏斑狀礁區(qū)、帶狀礁區(qū)和環(huán)狀礁區(qū)。斑狀礁區(qū)的礁體上有溶蝕礁芽等微地貌形態(tài),環(huán)狀礁區(qū)上則有礁塘(瀉湖)、塘口與塘溝、塘口三角洲、礁墻和礁平臺(tái)等一系列微地貌發(fā)育。局部礁面還常有一層厚度為10—25cm的淤泥層。礁體間潮灘的微地貌形態(tài)包括大波痕、潮汐水道邊緣砂壩、貝殼堤和潮溝等。小廟洪海域的平均潮差為3.38m,大潮平均潮差大于4m,多年平均波高低于0.3m;冬季表層平均水溫為4.9℃,夏季表層平均水溫為27.4℃;鹽度變幅不大,為27—30;海水懸沙濃度一般為0.2—0.7g/L(張忍順,2004)。1.20年前牡蠣礁從南偏向外來(lái)，南偏需要學(xué)習(xí)長(zhǎng)江口全新世以來(lái)的環(huán)境演變研究表明,距今2000年前小廟洪牡蠣礁所在的位置屬于古長(zhǎng)江口北支。北支封閉后,此處形成一個(gè)海灣,即三余灣(張忍順,1985)。小廟洪牡蠣礁正是在這個(gè)地貌-沉積環(huán)境變遷中形成的,是鑲嵌在長(zhǎng)江三角洲中的碳酸鹽沉積體。長(zhǎng)江三角洲的建造始于全新世初期海進(jìn)時(shí)期。牡蠣礁所在的長(zhǎng)江北岸三角洲是經(jīng)過(guò)6期河口沙壩演化而來(lái)的(許世遠(yuǎn)等,1987),其主體沙壩分別為紅橋沙(7500—6500aB.P.)、黃橋沙(6500—4000aB.P.)、金沙(4500—2000aB.P.)、海門(mén)沙(2500—1200aB.P.)及崇明沙(1700—200aB.P.)、長(zhǎng)興沙—橫沙(700aB.P.—至今)。這6期河口沙壩由西北而東南呈雁行式排列,在長(zhǎng)江主流(南支)不斷南偏的過(guò)程中,紅橋沙、黃橋沙、金沙、海門(mén)沙已經(jīng)先后并入北岸,成為長(zhǎng)江北岸沿江平原的組成部分。從全新世長(zhǎng)江口地貌-沉積環(huán)境變遷特點(diǎn)看,2000aB.P.以前長(zhǎng)江口為溺谷型河口,約2000aB.P.以來(lái),長(zhǎng)江口向三角洲河口強(qiáng)化,河口逐漸外伸和縮狹(陳吉余等,1988;楊懷仁等,1995)。在河口整體形態(tài)不斷向東南方向遷移的情況下,可以認(rèn)為2000年前牡蠣礁所在水域的地貌-沉積環(huán)境類(lèi)似今天的長(zhǎng)江口北支口門(mén)外區(qū)域。牡蠣礁所在水域當(dāng)時(shí)的水深應(yīng)大于5m,屬于潮汐作用為主的口外海濱區(qū)段。類(lèi)比今天長(zhǎng)江口北支口外海濱區(qū)段水深5—10m處的底層鹽度空間分布狀況(胡方西等,1995),2000年前牡蠣礁所在水域的底層鹽度應(yīng)大于26。小廟洪牡蠣礁最早期的造礁牡蠣是長(zhǎng)牡蠣;該物種生長(zhǎng)的鹽度范圍為14—37,最適鹽度范圍為20—26(NationalFisheriesDepartmentofKorea,1988),這應(yīng)該是定殖階段(即礁的基礎(chǔ)開(kāi)始形成的階段)牡蠣礁生長(zhǎng)的適宜鹽度。距今1200年左右,長(zhǎng)江河口東進(jìn)到南通附近,北支也南移至通州和海門(mén)之間,海門(mén)沙成為河口的主體砂壩,原北支口門(mén)處出現(xiàn)了三余灣的雛形(張忍順,1985)。距今1200—2000年期間,牡蠣礁所在水域水深減小,鹽度下降。當(dāng)?shù)讓欲}度降低到26以下時(shí),鹽度不再成為牡蠣生長(zhǎng)的限制因素。此時(shí)牡蠣礁位于以潮流作用為主的北支口門(mén)外約20km處,水深較大,潮流引起的再懸浮作用較弱,而徑流來(lái)沙在潮流作用下大多沉積在北支口門(mén)以?xún)?nèi),因此懸沙濃度適中,牡蠣礁有可能在此期間形成。距今950—1200年期間,長(zhǎng)江北岸迅速?gòu)耐ㄖ菹驏|延伸至呂泗一帶,三余灣的面積迅速擴(kuò)大,同時(shí)長(zhǎng)江主流繼續(xù)南偏,新北支日益縮窄;大約距今950年時(shí),北支封閉,海門(mén)沙并岸(張忍順,1985),三余灣成為獨(dú)立的海灣,其面積也達(dá)到最大,其環(huán)境朝著適宜于牡蠣生長(zhǎng)的方向發(fā)展。近950年來(lái),三余灣處在緩慢淤積之中,潮灘向海推進(jìn),海灣面積減小;在元朝至清康熙年間,長(zhǎng)江口北支曾經(jīng)成為主流;現(xiàn)在牡蠣礁頂部已高于低潮位。這些因素都是不利于牡蠣礁生長(zhǎng)的因素。2牡蠣船發(fā)育模型的組成2.1牡蠣礁水動(dòng)力條件的控制牡蠣礁演化過(guò)程是相對(duì)海平面變化、碎屑沉積和牡蠣礁生長(zhǎng)相互作用的結(jié)果。相對(duì)海平面變化包含絕對(duì)海面變化和地面沉降,后者包括構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、均衡作用和壓實(shí)作用等對(duì)地面高程的綜合影響。相對(duì)海面變化是控制沉積物可容空間的產(chǎn)生和消亡的因素。牡蠣礁沉積的可容空間主要在潮間帶到低潮線下10m范圍內(nèi)。對(duì)于某個(gè)具體的牡蠣礁,其有效可容空間取決于初始水深,并受到碎屑沉積物的制約:牡蠣礁頂部不能低于碎屑沉積層,否則牡蠣礁被埋藏。碎屑沉積作用受到沉積物供給和水動(dòng)力條件這兩個(gè)因素的控制。小廟洪牡蠣礁相繼處于河口、海灣和潮灘環(huán)境,水動(dòng)力條件復(fù)雜多變。牡蠣礁生長(zhǎng)的主要影響因素包括:基底條件、干露時(shí)間、流速、光強(qiáng)、溶解氧、營(yíng)養(yǎng)鹽、水溫、鹽度和懸沙濃度等(Lenihanetal,1998;Lenihanetal,1998;Dekshenieksetal,2000;Livingstonetal,2000;Gangneryetal,2003;于瑞海等,2006;Soletchniketal,2007)。其中一些因素與礁體所處的水深、潮差和水動(dòng)力條件密切相關(guān)。牡蠣礁的演化過(guò)程是牡蠣礁頂部高程(Ho)、牡蠣礁生長(zhǎng)速率(Vo)、海平面高程(Hs)、相對(duì)海面變化速率(Vs)、碎屑沉積物高程(Hc)和碎屑沉積速率(Vc)相互對(duì)比的結(jié)果。當(dāng)Hc<Ho<Hs且Vo>Vs時(shí),礁體以垂向增生為主,側(cè)向增生有限,頂部水深減小。當(dāng)Hc<Ho≈Hs且Vo≈Vs時(shí),牡蠣礁頂部位于潮間帶,礁體轉(zhuǎn)向以側(cè)向增生為主,礁體面積不斷擴(kuò)張,向平臺(tái)狀演化。當(dāng)Hc<Ho≤Hs且Vo<Vs時(shí),礁體被淹沒(méi),沉積建造停止。相反地,如果相對(duì)海平面下降,牡蠣礁出露海面,機(jī)械侵蝕和溶蝕作用加劇,形成溶蝕洼地、溶蝕漏斗等負(fù)地貌形態(tài)。當(dāng)Vo<Vc時(shí),牡蠣礁有被碎屑沉積物掩埋的趨勢(shì),當(dāng)Hc≥Ho,礁體即被沉積物埋藏。埋藏牡蠣礁可能由于海平面變化、水動(dòng)力環(huán)境調(diào)整等原因復(fù)活;新礁體將以老礁體為基底,在沉積間斷面之上繼續(xù)向上建造。2.2牡蠣礁演化的定量模型在上述定性分析基礎(chǔ)上,結(jié)合小廟洪牡蠣礁沉積-地貌演變特征,構(gòu)建了該牡蠣礁演化的定量模型。模型主要由絕對(duì)海平面波動(dòng)曲線、碎屑沉積物頂面高程曲線、牡蠣礁垂直生長(zhǎng)率函數(shù)和牡蠣礁頂部高程曲線四個(gè)模塊構(gòu)成。模型的時(shí)間零點(diǎn)設(shè)為2004AD。圖2顯示了牡蠣礁演化模型的算法流程。2.2.1施雅風(fēng)等3./a所采用的絕對(duì)海平面波動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)自一些學(xué)者關(guān)于中國(guó)東部全新世絕對(duì)海平面變化的研究成果,數(shù)據(jù)的可信度較好(信忠保等,2006)。假設(shè)海平面變化曲線是正弦曲線,利用正弦函數(shù)分段擬合相鄰-高-低兩個(gè)海平面波動(dòng)數(shù)值之間的絕對(duì)海平面變化曲線。近幾十年來(lái)海平面上升速率加快,中國(guó)東部的絕對(duì)海平面上升速率約為3mm/a(施雅風(fēng)等,2000)。為了與這個(gè)變化趨勢(shì)保持一致,-300a≤t≤0的絕對(duì)海平面變化曲線采用插值的方法單獨(dú)處理,所獲2500年來(lái)的絕對(duì)海平面高程變化曲線Hs(t)如圖3所示。高程零點(diǎn)為牡蠣礁水域在時(shí)間零點(diǎn)的平均海平面,即Hs(0)=0。如前所述,牡蠣礁最早可能形成于距今1200—2000年期間,如果暫且將模型初始時(shí)間t0設(shè)為-1600a,則Hs(-1600)=0.488m。2.2.2碎屑沉積頂面高程曲線在暴露的剖面上,未見(jiàn)代表沉積間斷的碎屑沉積物夾層,因此認(rèn)為歷史上鄰近區(qū)域的碎屑沉積物頂面高程一直小于牡蠣礁頂部高程。為簡(jiǎn)單起見(jiàn),用牡蠣礁形成以來(lái)碎屑沉積的平均沉積速率Vc代替各時(shí)段的沉積速率。若地面沉降速率Vsub不變,為4mm/a(施雅風(fēng)等,2000)則碎屑沉積頂面高程曲線Hc(t)簡(jiǎn)化為一條直線。已知現(xiàn)在潮灘灘面高程Hc(o)≈-2m,設(shè)初始高程Hc(-1600)=-6m,于是Vc≈6.5mm/a,由此得到Hc(t)的方程:2.2.3確定en參數(shù)借鑒SedTec2000(Boylanetal,2002)和Carbonate3D(Warrlichetal,2002)的碳酸鹽巖生長(zhǎng)率函數(shù)的構(gòu)造方式,牡蠣礁垂向生長(zhǎng)率函數(shù)為沒(méi)有限制因素作用下的最大生長(zhǎng)率和若干個(gè)獨(dú)立的限制函數(shù)的乘積:式中P為最大生長(zhǎng)率;Dn為水深限制函數(shù),S1為鹽度限制函數(shù);S2為懸沙濃度限制函數(shù);N為營(yíng)養(yǎng)鹽限制函數(shù);T為水溫限制函數(shù)。由于牡蠣屬于廣溫性貝類(lèi),假設(shè)溫度一直都不是小廟洪牡蠣礁生長(zhǎng)的限制因素,即T=1。由于鹽度適宜、懸沙濃度低、水體營(yíng)養(yǎng)狀況好的河口灣(或者有淡水注入的海灣)是牡蠣礁生長(zhǎng)的最優(yōu)環(huán)境,因此將S1、S2和N這三個(gè)限制函數(shù)的乘積綜合為一個(gè)河口灣環(huán)境限制函數(shù)En,指示偏離河口灣的程度。于是,牡蠣礁垂向生長(zhǎng)率函數(shù)Vo(t)化簡(jiǎn)為:確定Dn(t)的步驟如下。在碳酸鹽沉積層序模擬中,未歸一化的水深限制函數(shù)D的一般表達(dá)式為式中Z為水深,Z0為D=0處的水深,Zλ為光強(qiáng)減弱的特征水深(一般取低潮面以下10m),Zw為波浪作用為主的水動(dòng)力特征水深。這個(gè)公式是根據(jù)珊瑚礁的生長(zhǎng)規(guī)律得到的,珊瑚礁在平均海面即Z=0處,D=0,因此Z0=0。這個(gè)公式要修正后才能適用于小廟洪牡蠣礁。首先,小廟洪牡蠣礁最上部的造礁牡蠣是可以生活在潮間帶的褶牡蠣(Ostreacucullata)。在理想狀態(tài)下,牡蠣礁可以生長(zhǎng)到平均高潮位,即Z0=-0.5R(R為平均潮差)時(shí),D=0。其次,小廟洪牡蠣礁所在處的水動(dòng)力一直以潮流占優(yōu)勢(shì),水動(dòng)力特征水深應(yīng)為平均低潮位。因此上式修正為:對(duì)于小廟洪牡蠣礁,R=3.4m,Zλ=11.7m,代入(5)式后得到水深限制函數(shù)D(Z):根據(jù)上式,D(Z)在Z=3.7m時(shí)取得最大值Dm=0.5318。因此歸一化的水深限制函數(shù)Dn為D(Z)和Dn(Z)的曲線見(jiàn)圖4。在t時(shí)刻,Z(t)=Hs(t)-Ho(t)故由式(7)可得:在Carbonate3D模型中,碳酸鹽巖生長(zhǎng)率的海洋環(huán)境限制函數(shù)Uo的參數(shù)是礁平臺(tái)頂部水深Zs。Zs越小,Uo越小,表明偏離海洋環(huán)境的程度越大,越不利于碳酸鹽沉積(Warrlichetal,2002)。借鑒這種方法以三余灣面積S作為En的參數(shù),構(gòu)造En(S)的表達(dá)式如下:式中Sm為三余灣的最大面積,σ是調(diào)節(jié)En隨S變化快慢的比例系數(shù)。根據(jù)2000年來(lái)長(zhǎng)江口及三余灣海岸線變遷圖(張忍順,1985),再內(nèi)插t=-1600a、-1400a和-700a的部分長(zhǎng)江口和三余灣海岸線,量算出近1600年來(lái)11個(gè)不同時(shí)期三余灣的面積(圖5)。據(jù)此可知,三余灣面積在t=-1600a時(shí)為247.3km2,t=-950a時(shí)達(dá)到最大,Sm=1205km2,t=-20a時(shí)僅為151.1km2。早期的小廟洪河口環(huán)境遠(yuǎn)比現(xiàn)在的潮灘環(huán)境適合牡蠣礁生長(zhǎng),因此計(jì)算En時(shí)進(jìn)行了分段處理(圖6):-1600a≤t≤-950a,牡蠣礁處在偏河口的環(huán)境中,σ值定性地取為2(目前尚未能做到準(zhǔn)確地定量計(jì)算),表明河口環(huán)境整體比較適宜牡蠣礁生長(zhǎng);-950a≤t≤0,牡蠣礁處在偏潮灘的環(huán)境中,σ值取為0.5,表明潮灘環(huán)境不很適宜牡蠣礁生長(zhǎng)。計(jì)算得到若干個(gè)時(shí)期的En值后,用插值的方法得到河口灣環(huán)境限制函數(shù)隨時(shí)間變化的曲線En(t),如圖7所示。2.2.4牡蠣礁高值牡蠣礁頂部高程變化率為牡蠣礁垂向生長(zhǎng)率減去地面沉降速率,即其差分形式為:其中Vo(t)由式(3)給出。邊界條件有兩個(gè):(1)Ho(t)<Hc(t)時(shí),Vo(t)=0,即牡蠣礁頂部高程低于碎屑沉積物頂部高程時(shí),牡蠣礁被埋藏,停止生長(zhǎng);(2)Ho(t)>Hs(t)+1.7時(shí),Vo(t)=0,即牡蠣礁頂部高程大于高潮位時(shí),牡蠣礁停止生長(zhǎng)。計(jì)算中取t0=-1600a,Δt=10a,Ho(t0)=Hc(t0)=-6m,Vsub=4mm/a。取P=10、11、12、13和14mm/a,可得到相應(yīng)5條Ho(t)曲線(圖8)。將其與t=0時(shí)牡蠣礁頂部的實(shí)際平均高程H=-0.3m比較,可知P=12mm/a時(shí)模擬值和真實(shí)值最為接近。通過(guò)調(diào)節(jié)初始高程,可對(duì)模型進(jìn)行敏感性分析。其結(jié)果表明,在所選定的σ值下,初始高程每降低1m,牡蠣礁最大生長(zhǎng)率P需要提高1mm/a。對(duì)于-6m、-7m、-8m三種初始高程,牡蠣礁頂部都在大約330—360年前達(dá)到最大高程,且最大高程差別不大,在-0.5—-0.3m之間。牡蠣礁生長(zhǎng)開(kāi)始時(shí)以垂向生長(zhǎng)為主,接近海平面后轉(zhuǎn)向側(cè)向擴(kuò)張,因此在礁體上需要獲得礁體最老層位的樣品才能確定牡蠣礁定殖的時(shí)間,而目前還缺乏這方面的數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)牡蠣礁的年齡依次為1400a、1200a、1000a和800a,根據(jù)所采用的σ值對(duì)模型進(jìn)行敏感性分析,觀察頂部高程曲線的變化(今后如有確切的年代數(shù)據(jù),可以對(duì)σ值和起始年代做相應(yīng)的調(diào)整)。設(shè)牡蠣礁所在處的碎屑沉積速率保持6.5mm/a不變,t=-1600a時(shí)的灘面高程為-6m,則t=-1400a、-1200a、-1000a和-800a時(shí)的灘面高程分別為-5.5m、-5m、-4.5m和-4m。將這些高程作為牡蠣礁的初始高程,計(jì)算得到定殖時(shí)間不同的頂部高程曲線,再確定牡蠣礁沉積層位深度(自牡蠣礁頂面開(kāi)始計(jì)算的厚度)和沉積年代的關(guān)系。敏感性分析表明,當(dāng)牡蠣礁年齡在1200—1600年之間時(shí),頂部高程曲線比較接近,都在t=-350—-330a之間達(dá)到最大高程,最大高程為-0.5—-0.3m,P變化小于1mm/a。當(dāng)牡蠣礁年齡繼續(xù)減小,頂部高程曲線差異增大,P迅速增大。若牡蠣礁的年齡為800年,則P要高達(dá)18mm/a,這是一個(gè)偏大的生長(zhǎng)率(Bosscheretal,1992)。盡管目前尚無(wú)礁體不同層位的測(cè)年數(shù)據(jù)對(duì)Ho(t)進(jìn)行直接驗(yàn)證,但圖8顯示Ho(0)的模擬值和真實(shí)值的吻合程度較好,且敏感性分析中P值變化也都在合理范圍(Bosscheretal,1992)之內(nèi)。若Ho(t0)=Hc(t0)=-6m,絕對(duì)海平面上升速率保持3mm/a,Vsub和Vc保持不變,三余灣面積以-80a≤t≤-20a期間的平均減少速率0.273km2/a縮小(對(duì)應(yīng)的河口灣環(huán)境限制值如圖7虛線所示),則根據(jù)式(11)計(jì)算,大約在250年后Ho=Hc,牡蠣礁將被沉積物掩埋(圖9)。3牡蠣礁的沉積層序及其古環(huán)境圖9顯示了小廟洪牡蠣礁從建造到被埋藏的整個(gè)演化過(guò)程及其與沉積-地貌環(huán)境的關(guān)系。牡蠣礁形成于大約1600年前的古長(zhǎng)江口海門(mén)沙時(shí)期,沉積-地貌環(huán)境為長(zhǎng)江口北支口外海濱環(huán)境,水深大約6.5m。距今950—1600年期間,牡蠣礁處在河口的環(huán)境中,礁體以垂向增生為主,側(cè)向增生有限,牡蠣礁頂部水深減小。距今520—950年期間,牡蠣礁處在海灣環(huán)境中。大約在910年前牡蠣礁開(kāi)始出露于平均低潮面,礁體轉(zhuǎn)向以側(cè)向增生為主,面積不斷擴(kuò)張而厚度增長(zhǎng)有限,同時(shí)開(kāi)始發(fā)育礁芽等溶蝕地貌。距今約500年時(shí)牡蠣礁所在灘面的高程開(kāi)始大于牡蠣礁所在水域的理論最低潮面(-3.1m),牡蠣礁進(jìn)入潮灘環(huán)境。此后礁體的垂向增生速度很小,礁體的出露規(guī)模在距今330年時(shí)達(dá)到最大,頂部高程約為-0.3m?，F(xiàn)在牡蠣礁的垂向生長(zhǎng)幾乎停滯,而潮灘沉積速率達(dá)6.5mm/a。預(yù)測(cè)牡蠣礁埋藏時(shí)的水深為1.6m,礁體總厚度為12m。小廟洪牡蠣礁這個(gè)沉積異質(zhì)體在長(zhǎng)江口三角洲沉積體系中的位置具有獨(dú)特性。首先,長(zhǎng)江口南北支具有完全不同水動(dòng)力、鹽度和懸沙濃度特征,只有潮流作用為主、懸沙濃度較小的北支口門(mén)附近可能成為牡蠣礁的定殖地。其次,牡蠣礁還處在地面沉降速率較大的三余灣中,否則隨著長(zhǎng)江岸線快速東進(jìn),北支封閉,還處在定殖階段的小牡蠣礁會(huì)很快被三角洲沉積物所埋藏。最后,牡蠣礁處在灣口,而不是最先淤積成陸的灣頂,而且牡蠣礁臨近小廟洪水道,屬于沉積速率較低的水域。若非如此,牡蠣礁的演化史似乎應(yīng)該早已結(jié)束。利用圖9顯示的牡蠣礁和碎屑沉積物的厚度數(shù)據(jù),可以模擬生成牡蠣礁地層的垂向沉積層序(-1600a≤t≤250a,等時(shí)線間距為50a),如圖10a所示。這個(gè)模擬的沉積層序顯示了牡蠣礁堆積速率隨時(shí)間的變化,以及碎屑沉積和牡蠣礁堆積之間的關(guān)系。這樣一個(gè)層序是海平面變化和河口灣環(huán)境演變共同作用的結(jié)果,而不僅僅是海平面變化的結(jié)果。如果只考慮海平面變化因素,即假設(shè)En≡1,則模擬生成的沉積層序?qū)⑼耆煌?t=250a時(shí),牡蠣礁將不會(huì)被埋藏(圖10b)。牡蠣礁的演化具有復(fù)雜性,是氣候變化、海平面變化這類(lèi)區(qū)域性因素和沉降速率、碎屑沉積速率、鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽、懸沙濃度等諸多局地性因素共同作用的結(jié)果。因此地質(zhì)學(xué)家利用牡蠣礁地層的鉆孔或剖面資料反演古環(huán)境時(shí),不能將所有層序的成因都?xì)w于海平面變化,需要綜合多種分析手段才可能得出正確結(jié)論。中國(guó)渤海灣西北岸全新世牡蠣礁平原俵口剖面的古環(huán)境解譯就是一個(gè)很好的例子(Wangetal,1995;薛春汀,2003;范昌福等,2006)。根據(jù)圖10的模擬結(jié)果,在絕對(duì)海平面相對(duì)穩(wěn)定的條件下,牡蠣礁沉積層序呈現(xiàn)向上變薄、等時(shí)線加密的趨勢(shì)。小廟洪牡蠣礁的這種沉積層序變化趨勢(shì)和全新世高海平面以來(lái)世界各地的珊瑚礁沉積層序變化趨勢(shì)一致(Stoddartetal,1978;Kennedy,2002),都顯示7000年來(lái)珊瑚礁的生長(zhǎng)等時(shí)線呈明顯向上加密趨勢(shì),2000—3500aB.P.以來(lái)這些礁體由以垂向生長(zhǎng)為主轉(zhuǎn)為以側(cè)向擴(kuò)張為主?？疾炷迪牻疙敳扛叱糖€,還能發(fā)現(xiàn)牡蠣礁頂板不一定代表海平面高度,牡蠣礁的平面位置也不一定代表岸線位置。首先,在僅有水深限制因素作用且海平面波動(dòng)較小的條件下,牡蠣礁頂板水深取決于頂部造礁牡蠣的種屬。小廟洪牡蠣礁頂部的造礁牡蠣是褶牡蠣(Ostreacucullata),屬潮間帶種,理想狀態(tài)下其